电子结构与晶格应变工程的结合，用于在高浓度电解质中实现超稳定的酸性硝酸盐电还原

《Advanced Energy Materials》：The Combination of Electronic Structure and Lattice Strain Engineering for Ultra-Stable Acidic Nitrate Electroreduction at Highly Concentrated Electrolyte

硝酸电催化还原为氨的高效催化剂Ru-TiO2纳米球阵列在酸性高浓度条件下表现优异，产率69.6 mg h?1 cm?2，法拉第效率98.8%，稳定性超300小时，并成功应用于混合锌-硝酸盐电池，实现2.01 V开路电压和92.8 mW cm?2功率密度。

　　

摘要

硝酸盐在环境电催化作用下还原为氨（NO₃→NH₃）是一种可靠的途径，既能迁移硝酸盐污染物，又能同时生成有价值的氨。目前大多数研究集中在碱性/中性介质中低浓度硝酸盐的还原反应（NO₃RR），而在高浓度电解液中酸性条件下的相关研究却很少。然而，大多数工业含硝酸盐废水中的环境属于强酸性环境，这与实际大规模生产的需求不符。本文合成了掺Ru的TiO₂（Ru-TiO₂）纳米球阵列，作为在宽浓度范围（0.1–6 M）内进行酸性NO₃RR反应的超稳定且高活性电催化剂。得益于Ru掺杂带来的电子结构和晶格应变优化，Ru-TiO₂在pH = 1、高浓度硝酸盐（6 M）的电解液中表现出优异的氨产率（69.6 mg h^?1 cm^?2）和法拉第效率（98.8%），并且在约?860 mA cm^{?22组装的碱-酸混合锌-硝酸盐电池可实现2.01 V的高开路电压和92.8 mW cm?23RR催化剂提供了新的见解。}

图形摘要

本研究表明，掺Ru的TiO₂纳米球在富含硝酸盐的酸性条件下作为电催化剂表现出极高的稳定性和活性，这得益于Ru掺杂对电子结构和晶格应变的优化。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。